NVIDIA OptiX 5.0
Programming Guide
14 December 2017
Version 5.0
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Document build number 300255
ii NVIDIA OptiX 5.0 — Programming Guide © 2017 NVIDIA Corporation
Contents
1 OptiX overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Programming model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.3 Ray tracing basics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2 Programming model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1 Object model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 Programs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.3 Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.4 Execution model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3 Host API . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.1 Context . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.1.1 Entry points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.1.2 Ray types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.1.3 Global state . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.2 Buffers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.2.1 Buffers of buffer ids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.3 Textures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.4 Graph nodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.4.1 Geometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.4.2 Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.4.3 GeometryInstance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.4.4 GeometryGroup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.4.5 Group . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.4.6 Transform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.4.7 Selector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.5 Acceleration structures for ray tracing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.5.1 Acceleration objects in the node graph . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.5.2 Acceleration structure builders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.5.3 Acceleration structure properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.5.4 Acceleration structure builds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.5.5 Shared acceleration structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.6 Rendering on the VCA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.6.1 Remote launches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.6.2 Parallelization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.6.3 Remote devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.6.4 Progressive launches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.6.5 Stream buffers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.6.6 Device code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.6.7 Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.6.8 Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
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4 Programs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.1 OptiX program objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.1.1 Managing program objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.1.2 Communication through variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.1.3 Internally provided semantics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.1.4 Attribute variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.1.5 Program variable scoping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.1.6 Program variable transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.2 The program scope of API function calls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.3 Ray generation programs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.3.1 Entry point indices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.3.2 Launching a ray generation program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.3.3 Ray generation program function signature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.3.4 Example ray generation program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.4 Exception programs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.4.1 Exception program entry point association . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.4.2 Exception types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.4.3 Exception program function signature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.4.4 Example exception program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.5 Closest hit programs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.5.1 Closest hit program material association . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.5.2 Closest hit program function signature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.5.3 Recursion in a closest hit program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.5.4 Example closest hit program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.6 Any hit programs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.6.1 Any hit program material association . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.6.2 Termination in an any hit program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.6.3 Any hit program function signature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.6.4 Example any hit program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.7 Miss programs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.7.1 Miss program function signature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.7.2 Example miss program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.8 Intersection and bounding box programs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.8.1 Intersection and bounding box program function signatures . . . . . . . . . 50
4.8.2 Reporting intersections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.8.3 Specifying bounding boxes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.8.4 Example intersection and bounding box programs . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.9 Selector programs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.9.1 Selector visit program function signature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.9.2 Example visit program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.10 Callable programs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.10.1 Defining a callable program in CUDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.10.2 Using a callable program variable in CUDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.10.3 Setting a callable program on the host . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
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4.10.4 Bound versus bindless callable programs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
5 Motion blur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5.1 Motion in Geometry nodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5.1.1 Defining motion range for Geometry nodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.1.2 Bounding boxes for motion blur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.1.3 Border modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
5.1.4 Acquiring motion parameter values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
5.2 Motion in Acceleration nodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
5.3 Motion in Transform nodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
5.3.1 Key types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
5.3.1.1 Key type RT_MOTIONKEYTYPE_MATRIX_FLOAT12 . . . . . . . . . . 62
5.3.1.2 Key type RT_MOTIONKEYTYPE_SRT_FLOAT16 . . . . . . . . . . . . . . 62
5.3.2 Border modes for Transform nodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.3.3 Acquiring motion parameter values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5.4 Examples of motion transforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5.5 Motion in user programs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
6 Post-processing framework . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
6.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
6.2 Post-processing stage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
6.2.1 Creating a post-processing stage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
6.2.2 Querying variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
6.2.2.1 Declaring a named variable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
6.2.2.2 Getting a named variable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
6.2.2.3 Iterating over existing variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
6.3 Command List . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
6.3.1 Creating a command list . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
6.3.2 Adding a post-processing stage to a command list . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
6.3.3 Appending a launch to a command list . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
6.3.4 Finalizing a command list . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
6.3.5 Running a command list . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
6.4 Built-In Post-Processing Stages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6.4.1 Deep-learning based Denoiser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6.4.1.1 Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
6.4.1.2 Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
6.4.2 Simple Tone Mapper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
7 Building with OptiX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
7.1 Libraries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
7.2 Header files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
7.3 PTX generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
7.4 SDK build . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
8 Interoperability with OpenGL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
8.1 Opengl interop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
8.1.1 Buffer objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
8.1.2 Textures and render buffers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
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